DS2726在充電器反接時(shí)保護(hù)Li+電池的應(yīng)用

1 引言

充電器反接會(huì)損壞DS2726鋰離子(Li+)電池保護(hù)器。由于有些器件引腳對(duì)負(fù)電壓非常敏感，導(dǎo)致器件不能正常工作，雖然DS2726的高邊P溝道FET關(guān)斷，但該器件的一些引腳仍無法承受負(fù)電壓，本文在介紹DS2726的基礎(chǔ)上，提出了兩種保護(hù)方案：一種方案是增加肖特基二極管以箝位DS2726相應(yīng)引腳電壓；另一種方案是提高這些對(duì)負(fù)電壓敏感的引腳阻抗，以限制電流，功耗。通過這些簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)方案使DS2726能夠在充電器反接的情況下不被損壞。

2 DS2726簡(jiǎn)介

DS2726是一款集成電壓、電流檢測(cè)和電池均衡功能的獨(dú)立保護(hù)器件，可用于5～10節(jié)鋰離子(Li+)電池組。
DS2726采用高端P溝道保護(hù)FET實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓、放電電流和短路保護(hù)。保護(hù)電路監(jiān)測(cè)每節(jié)電池的電壓以檢測(cè)過壓和欠壓狀態(tài)。另外，高端保護(hù)允許主系統(tǒng)在故障狀態(tài)導(dǎo)致保護(hù)FET關(guān)斷的情況下，仍能與DS2788等電量計(jì)保持通信。
DS2726無需通過外部微控制器配置器件，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)并降低了成本?？赏ㄟ^引腳設(shè)置電壓保護(hù)和電池均衡門限；過度放電和短路電流限制則由外部電阻設(shè)置；過度放電和短路電流超時(shí)延時(shí)由外部電容設(shè)置。
DS2726在提供可靠保護(hù)的同時(shí)能夠保證所有電池被均勻地充電，從而延長(zhǎng)電池使用壽命。電池均衡期間，內(nèi)部開關(guān)可提供150 mA(典型值)旁路電流。電池均衡可以在檢測(cè)到充電器時(shí)自動(dòng)開啟，或通過控制引腳上的信號(hào)開啟，提高了靈活性。
DS2726提供節(jié)省空間的7 mm×7 mm、32引腳TQFN封裝。DS2726可為5~10節(jié)鋰離子(Li+)電池組提供完備的充電和放電保護(hù)。保護(hù)電路分別監(jiān)測(cè)各節(jié)電池電壓，以檢測(cè)是否處于過壓和欠壓狀態(tài)。用戶可通過外部電阻設(shè)置限流門限，以保護(hù)器件免受過放電電流和短路電流的損壞。采用高邊P溝道保護(hù)FET，由片上10 V FET驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。電池均衡電路確保所有電池均衡充電。圖1為DS2726引腳配置。

DS2726引腳功能描述如下：

RSC(引腳1)：短路門限。該引腳到電池組的正極之間的電阻選擇放電方向短路狀態(tài)下的門限電壓；RDOC(引腳2)：放電過流電壓門限。該引腳與電池組的正極之間所連接的電阻可選擇過流狀態(tài)下在放電方向上的門限電壓；Vcc(引腳3)：穩(wěn)壓輸出。Vcc為內(nèi)部電路提供電源，并將配置引腳拉高至VIN該引腳應(yīng)連接1只至少0．1 μF的陶瓷電容旁路至GND；SEL0，SEL1(引腳4、5)：電池組所選電池節(jié)數(shù)。該引腳為三級(jí)輸入。接地或與Vcc相連分別實(shí)現(xiàn)邏輯低或邏輯高，懸空則實(shí)現(xiàn)中級(jí)門限；CDOCD(引腳6)：放電過流延遲時(shí)間。該引腳與GND之間所連接的電容用于設(shè)置DC FET關(guān)斷前放電過流狀態(tài)必須保持的時(shí)間；SLEEP(引腳7)：睡眠模式選擇輸入。驅(qū)動(dòng)該引腳為邏輯低強(qiáng)制DS2726進(jìn)入最低功耗狀態(tài)。若施加充電電壓，DS2726退出睡眠模式。當(dāng)CBCFG為高電平，該引腳的邏輯高使能電池均衡；CSCD(引腳8)：短路電流延遲時(shí)間。該引腳與CND之間所連接的電容用于設(shè)置DCFET關(guān)斷前短路電流狀態(tài)必須保持的時(shí)間；CBCFG(引腳9)：充電均衡配置輸入。當(dāng)為邏輯低時(shí)，若VPKP>VVIN+ VCDET，充電均衡使能；當(dāng)為邏輯高時(shí)，若SLEEP引腳為邏輯高，則充電均衡使能；CBS0，CBS1(引腳10、11)：選擇電池均衡電壓。該引腳輸入為三級(jí)輸入，接地或接VCC分別實(shí)現(xiàn)邏輯低或邏輯高，懸空則實(shí)現(xiàn)中級(jí)門限；OVS0，OVS1(引腳12、13)：選擇過壓門限。該引腳輸人為三級(jí)輸入，接地或接VCC分別實(shí)現(xiàn)邏輯低或邏輯高，懸空則實(shí)現(xiàn)中級(jí)門限。N．C(引腳14、30)：懸空，內(nèi)部無連接；GND(引腳15)：接地。接至最低電壓電池的負(fù)極；V00~V10(引腳16～26)：負(fù)極電壓檢測(cè)。連接至電池組中的第一節(jié)電池的負(fù)極；VIN(引腳27)：連接至最大電池正極；DC(引腳 28)：放電控制輸入。CC控制充電FET的柵極，驅(qū)動(dòng)PKP至VOLCC，并導(dǎo)通或關(guān)斷充電FET；SNS(引腳29)：檢測(cè)輸入。連接至充電和放電 FET的漏極。作為基準(zhǔn)電壓檢測(cè)短路和放電過流狀態(tài)；CC(引腳31)：充電控制輸人。CC控制充電FET的柵極，驅(qū)動(dòng)PKP至VOLCC，并導(dǎo)通或關(guān)斷充電FET；PKP(引腳32)：電池組正極。PKP電壓用于檢測(cè)充電器附件或保護(hù)釋放狀態(tài)。

3 DS2726設(shè)計(jì)應(yīng)用

在DS2726典型應(yīng)用電路的基礎(chǔ)上，通過簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)修改，可利用DS2726 Li+電池保護(hù)器承受負(fù)電壓，在充電器反接時(shí)為電池提供保護(hù)。圖2為采用DS2726的電池保護(hù)電路。



3．1 保護(hù)PKP引腳

PKP引腳容易暴露在充電反接電壓下，典型應(yīng)用電路中，該引腳已接有1個(gè)肖特基二極管，能夠防止感應(yīng)沖擊(產(chǎn)生過流)，使該引腳拉至地電位以下。唯一需要修改的是提高PKP阻抗，從而限制流過肖特基二極管的電流。10節(jié)電池使用42 V充電器。60 V肖特基二極管具有Vf= 0．45 V。RPKP電壓為：-42 V-(-0．45 V)=-41．55 V。假設(shè)使用250 mW的電阻則：250 mW=(-41．55 V)2/RPKP，其中，RPKP=6．905 kΩ。

3. 2 利用變阻器保護(hù)CC FET

CC是另一個(gè)暴露于負(fù)電壓的引腳，正常工作條件下，CC驅(qū)動(dòng)充電控制器 FET的柵極，電壓擺幅達(dá)到PKP引腳電壓以關(guān)斷場(chǎng)效應(yīng)管。CC引腳拉至PKP電壓以下約10 V時(shí)，F(xiàn)ET導(dǎo)通。由于PKP將被箝位在-0．45 V，CC無法打開FET。然而，充電控制FET只能承受±20 V的柵-源電壓。如果在充電控制器FET的柵極和源極之間增加變阻器V2，可保護(hù)CC FET免于損壞。如果沒有V2，柵-源電壓將達(dá)到-42 V左右，這將超出FET的額定值。

變阻器V2在16V打開，箝制柵-源電壓。則CC FET電壓為：-42V+16V=-26V。CC電阻兩端的壓降：-26V-(-0.45V)=-2555V。假定使用250mW的電阻則：250mW= (-25．55V)2/RCC其中，RCC=1．857 kΩ。
更大的CC和PKP電阻會(huì)導(dǎo)致充電控制器FET的通／斷時(shí)間增大，從而使FET打開時(shí)在線性區(qū)域停留較長(zhǎng)時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中這個(gè)問題并不嚴(yán)重，因?yàn)殡娏魇艹潆娖飨拗啤?

3．3 箝位SNS引腳

盡管CC FET關(guān)斷，負(fù)電壓作用在PK+使其體二極管導(dǎo)通。使SNS 出現(xiàn)負(fù)電壓，SNS是最后一個(gè)需要肖特基二極管箝位的引腳。保護(hù)FET漏極電壓：-42 V+O．6 V=-41.4 V。SNS引腳電壓將箝位在-0．45 V。SNS電阻兩端壓降：-41.4V-(-0．45V)=-39．95 V。假設(shè)使用250 mW的電阻：250 mW=(-39．95 V)2／RCC，其中，RCC=6．384 kΩ。比較器SNS引腳將吸收約1μA電流：1μA×6．384kΩ=6．384 mV。
這將在過電流門限引入誤差約6.4 mV。如果使用額定功率更大的電阻，可以減小電阻值，從而降低這個(gè)誤差。注意：SNS端的RC濾波器時(shí)間常數(shù)隨著電阻的提高而改變。因此，電容值也要相應(yīng)改變，以維持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間常數(shù)。SNS的時(shí)間常數(shù)應(yīng)該與RDOC和RSC時(shí)間常數(shù)相一致。如果這些引腳的時(shí)間常數(shù)不一致，會(huì)在過流門限引入額外誤差。

4 結(jié)論

DS2726 Li+電池保護(hù)器經(jīng)過電路修改后，能夠在充電器反接時(shí)保護(hù)電池組。設(shè)計(jì)中雖然作出了一些折中考慮，但不會(huì)對(duì)保護(hù)器的整體工作性能造成影響。本文計(jì)算假設(shè)使用額定功率為250 mW的電阻。如果選擇額定功率更大的電阻，可以減小電阻值。較小的阻值有助于降低對(duì)過流門限產(chǎn)生的誤差電壓，也可以減小通／斷時(shí)間。還需注意的是確保不要超過肖特基二極管的額定電流。